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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kurbelwellenfräsvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1 und insbesondere eine Kurbelwellenfräsvorrichtung, die eine schwenkbare
Fräseinheit an
einem schrägen
Abschnitt an dem Bett der Vorrichtung umfasst.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Vorrichtungen
zum Fräsen
von Kurbelwellenhauptlagern und Kurbelzapfen verwenden typischerweise
ein ringförmiges
Schneidwerkzeug mit Schneidkanten entlang dem inneren Ringdurchmesser,
d. h., ein rotierendes Innenfräswerkzeug,
ein. Um eine Kurbelwelle zu fräsen,
umgibt das rotierende Innenfräswerkzeug
die Kurbelwelle und es wird bewirkt, dass sie einen Einstich macht
und dann eine Umlaufbahn durchschreitet, um 360° um den Umfang des Hauptstückes oder
des Zapfens herum zu fräsen.
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Um
ein solches Innenfräswerkzeug
mit seiner Umlaufbewegung bereitzustellen, hat eine handelsübliche Kurbelwellenfräsvorrichtung
das Innenfräswerkzeug
an einem Schneidkopf untergebracht. Durch einen spindelgetriebenen
Querschlitten, der genau oberhalb des Bettes aber unter der zu fräsenden Kurbelwelle
angeordnet ist, wird bewirkt, dass sich der Schneidkopf in einer
horizontalen Richtung bewegt. Ein vertikaler Kugelumlaufspindelantrieb
ist entlang des Schneidkopfes befestigt, um die Fräseinheit
zu verschwenken. Die Verwendung von Schlitten und Führungen,
die unterhalb der Kurbelwelle zum Bewegen des Schneidkopfes angeordnet
sind, kann Probleme mit der Verlässlichkeit
verursachen, da die Schlitten und Bahnen im Verlauf längerer Verwendung
dazu neigen, zu verschleißen
und ihre Toleranzen zu verlieren, wodurch eine hoch genaue Bearbeitung
ausgeschlossen wird. Dies ist ein besonderes Problem, da die Vorrichtung
beim Kurbelwellenfräsen unterbrochene
Kraftschnitte erzeugt, die das Lager- und Bahnsystem unvermittelt
hohen Lasten aussetzt. Eine solche Stampfwirkung auf die Bahnen
bringt es mit sich, dass das sich der Zustand des Bahn- und Lagersystems
rasch verschlechtert. Ein weiterer Faktor, der zu ihrem Verschleiß und möglichen
Fehlfunktionen beiträgt,
ist, dass durch das Positionieren des Schlittens unter der Kurbelwelle
Späne,
die im Zuge des Fräsvorgangs
entstehen, auf die Führungsoberflächen gelangen
können.
Darum sind normalerweise Abdeckungen für die Schlitten erforderlich.
Somit erfordern auf Schlitten basierende Vorrichtungen wie oben
beschrieben eine häufige
Wartung.
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Die
US-A-4 337 011 offenbart eine Kurbelwellenfräsvorrichtung, die zumindest
eine Fräseinheit
umfasst, die vollständig über einem
trichterförmigen
Abschnitt eines Bettes in einer im Allgemeinen vertikalen Orientierung
angeordnet ist. Die Fräseinheit
ist an einem Schlitten getragen, der entlang von Führungsschienen,
die vertikal übereinander
angeordnet sind, horizontal verschiebbar ist. Das Fräswerkzeug
ist in einem zentralen Abschnitt der Fräseinheit angeordnet.
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Die
US-A 2 662 438 zeigt eine Kurbelwellenfräsvorrichtung mit einer im Wesentlichen
vertikalen Bauweise. Zwei Kurbelwellen sind vertikal übereinander
angeordnet. Der Rahmenaufbau der Vorrichtung umfasst zwei vertikale
Säulen,
die mit einer horizontalen Grundplatte starr verbunden sind.
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Die
DE-A 2658970 beschreibt eine Kurbelwellenfräsvorrichtung mit einem Bett,
das an einer Basis mit einem schrägen Abschnitt befestigt ist.
Ein Rahmen, der in die Längsrichtung
entlang der Achse einer Kurbelwelle verschiebbar ist, trägt einen
Querschlitten, der eine Werkzeugtrommel trägt. Die Werkzeugtrommel erstreckt
sich entlang der Kurbelwellenachse und trägt ein Fräswerkzeug. Der Rahmen trägt ferner
eine Werkstückträgervorrichtung
mit einem Befestigungsbasisrahmen. Sowohl der Querschlitten als
auch der Rahmen der Werkstückträgervorrichtung
erstrecken sich zum vorderen Teil des schrägen Bettes.
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Das
US-Patent Nr. 4 521 143 offenbart in 5 ein
Innenfräswerkzeug
(im Folgenden „das '143-Patent") mit einer Fräseinheit,
die schwenkbar an einer Schwenkeinheit befestigt ist, die wiederum von
einem Längsschlitten
getragen wird und an diesem schwenkbar befestigt ist, zur axialen
Positionierung entlang der Länge
der Kurbelwelle. Der Längsschlitten
ist zur verschieblichen Bewegung an einem horizontalen Bett mit
einem Raum für
eine Spänefördereinrichtung
unter dem Schlitten befestigt. Die zu fräsende Kurbelwelle ist über dem
vorstehend erwähnten
Raum aber unter der Fräseinheit
angeordnet, so dass Späne,
die während
des Bearbeitungsverfahrens entstehen, in den Raum auf die Fördereinrichtung
hinunterfallen. Um die Späne
in den Raum zu leiten, weist das Bett eine Trichterform unter der
Kurbelwelle in dem Bett auf, so dass Späne, die während eines Bearbeitungsverfahrens
einer Kurbelwelle erzeugt werden, präziser in den Raum und auf die
Fördereinrichtung
geleitet werden.
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Um
die in dem '143-Patent
offenbarte Vorrichtung zu warten, d. h., Auflageschienen, Spannbacken,
Werkstückfräser etc.
auszutauschen, muss ein Arbeiter in die Vorrichtung klettern und
unsicher den Fördereinrichtungsraum
an den schrägen
Trichterwänden
in dem horizontalen Bett übergrätschen,
um die vorstehend erwähnten
Einrichtungen zu erreichen. Dies ist insbesondere schwierig, da
ein großer Teil
der Einrichtungen recht sperrig ist und aus schwerem metallischem
Material besteht. Beispielsweise kann das Innenfräswerkzeug
aus Stahl bestehen und es kann einen Durchmes ser von vierundzwanzig
(24") Zoll und eine
Dicke von zwei Zoll (2") aufweisen.
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Bei
der Ausführungsform
von 5 des '143-Patents wird
die Umlaufbewegung des Innenfräswerkzeuges
durch separate Kugelumlaufspindelantriebe für den Schneidkopf und Schwenkeinheiten bewirkt.
Die Schwenkeinheit wird um einen Drehzapfen, der diese mit dem Schlitten
durch einen vertikal angeordneten Kugelumlaufspindelantrieb entlang des
Schneidkopfes verbindet, herum verschwenkt, und der Schneidkopf
wird um einen Zapfen, der ihn durch einen horizontal angeordneten
Kugelumlaufspindelantriebe am oberen Ende des Schneidkopfes mit
der Schwenkvorrichtung verbindet, herum verschwenkt.
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Die
Kugelumlaufspindelantriebe umfassen jeweils Motoren, die von der
Spindel relativ zu der Vorrichtung vorkragen, um über ein
Rädergetriebe- oder Laufrollenmittel
die Mutter gegen die Rotation der Spindel zu rotieren, wodurch ein
weiteres Lagersystem benötigt
wird, das Schmierungsprobleme bewirken kann, da Zentrifugalkräfte auf
Grund der Rotation bewirken können,
dass das Schmiermittel aus der Kugelmutter herausgeschleudert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Kurbelwellenfräsvorrichtung zum Fräsen von
Kurbelwellen bereitgestellt, die die vorstehend erwähnten Probleme
des Standes der Technik überwindet.
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Die
Kurbelwellenfräsvorrichtung
hierin verwendet eine Fräseinheit,
die ohne Verwendung von Schlitten und dem entsprechend ohne Abdeckungen für dieselben
angelenkt ist. Indem Schlitten vermieden werden, die dazu neigen,
zu verschleißen
und im Laufe der Zeit ihre Toleranzen verlieren, kann die Fräsvorrichtung
hierin eine präzisere
Bearbeitung gegenüber
Vorrichtungen, die auf Schlitten basieren, bereitstellen. Dies trifft
insbesondere dort zu, wo sich die Schlitten in einer Stellung befinden,
in der sie Spänen,
die während
eines Bearbeitungsvorgangs, z. B. unter der zu fräsenden Kurbelwelle,
entstehen, ausgesetzt ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst die Kurbelwellenfräsvorrichtung ein Bett mit einer Vorderseite
und einer Rückseite.
Das Bett umfasst einen schrägen
Abschnitt an der Rückseite
des Bettes. Eine Fräseinheit
ist schwenkbar an dem hinteren schrägen Abschnitt des Bettes angebracht,
wobei die Fräseinheit
das Innenfräswerkzeug,
das eine Kurbelwelle umgibt, die sich entlang der Vorderseite des Bettes
erstreckt, trägt.
Die Vorderseite des Bettes ist offen.
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Ein
plattenförmiges
Schneidkopfelement der Fräseinheit
zum Tragen des Fräswerkzeuges
in einem vorderen Endabschnitt desselben erstreckt sich quer zu
einer von den Halteeinrichtungen gehaltenen Kurbelwelle, und erstreckt
sich von der Rückseite
des Bettes zu der offenen Vorderseite des Bettes an einer Schräge, die
sich im Allgemeinen entlang der Schräge des rückseitigen schrägen Abschnitts
des Bettes erstreckt. Da sich das Schneidkopfelement entlang der
Schräge
des hinteren Bettabschnittes nach unten geneigt erstreckt, ist nur
der vordere Endabschnitt des Schneidkopfelementes über der
ungeschützten offenen
Vorderseite des Bettes angeordnet, so dass das Fräswerkzeug
leicht zugänglich
ist, ohne dass man in die Vorrichtung klettern müsste, wie bei der zuvor beschriebenen
Vorrichtung des '143-Patentes. Somit
ist die Wartung der Vorrichtung hierbei einfacher durch einen Arbeiter
zu bewerkstelligen, ohne dass es notwendig ist, in die Vorrichtung
zu klettern und sich in gefährlicher
Weise entlang einer schrägen
Wand zu stellen und einen Raum für
bear beitete Späne
zu übergrätschen.
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Der
Schneidkopf, wie er in der Kurbelwellenfräsvorrichtung der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, kann für
eine Umlaufbewegung durch X- und
Y- Antriebe angetrieben sein, die schwenkbar an dem Schneidkopf
an der Rückseite
des Bettes angebracht sind. Dies steht im Gegensatz zu der Fräseinheit
des '143-Patentes,
bei der die Antriebe über
dem und entlang des Bettes angeordnet sind.
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Bei
der Kurbelwellenfräsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung ist an dem schrägen Abschnitt des Bettes ein
Gleitschlitten angebracht. Die Fräseinheit umfasst ein angelenktes
Trägerelement,
das schwenkbar an dem Gleitschlitten an einem Ende des Trägerelementes
angebracht ist und schwenkbar an dem Schneidkopf an dem anderen
Ende des Trägerelementes
angebracht ist. Der Schlitten kann entlang der hinteren Seite des
schrägen
Abschnitts des Bettes gleiten, um die Fräseinheit und insbesondere das
Fräswerkzeug
präzise
um die zu fräsende
Kurbelwelle herum zu positionieren. Somit wird, ähnlich wie bei den X- und Y-Antrieben,
der Schlitten im Wesentlichen entfernt und von dem Arbeitsbereich
getrennt, um nicht den während
der Bearbeitung der Kurbelwelle entstehenden Spänen ausgesetzt zu sein.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das angelenkte Trägerelement
einen ersten Drehzapfen, der den Schneidkopf an dem angelenkten
Trägerelement
für eine
Schwenkbewegung schwenkbar befestigt. Die X- und Y-Antriebe sind
an dem Schlitten angebracht und mit dem Schneidkopf verbunden, und
verschwenken den Schneidkopf an dem Zapfen, wodurch das Trägerelement
verschwenkt wird, wobei die Resultierende aus diesen Bewegungen
die Bewegung des Schneidkopfes relativ zu der Kurbelwelle bewirkt.
Die X- und Y-Antriebe können
X- und Y- Linearspindeln
umfassen, wobei eine jede davon eine Kugelmutter umfasst, die schwenkbar
an dem Schneidkopf angebracht ist, um die Kugelmutter auf den Spindeln
umzusetzen. Es sind Antriebes zum Rotieren der Spindeln vorgesehen,
um die Kugelmutter darauf umzusehen. Auf diese Weise wird die direkte
Rotation der Kugelmutter wie in dem '143-Patent gezeigt, vermieden. Die Antriebe
können
Motoren für
jede Spindel sein, wobei die Motoren direkt mit der Spindel entlang deren
Achse gekoppelt sind, um das Rotieren der Spindeln zu bewirken.
Dies stellt wiederum einen Vorteil gegenüber der Ausführungsform
von 5 des '143-Patentes dar,
da die Motoren nicht von den Spindeln vorkragen. Das angelenkte
Trägerelement ist
durch einen zweiten Drehzapfen schwenkbar an dem Schlitten angebracht.
Somit kann der Schneidkopf durch die X und Y-Antriebe in der X-Richtung um den zweiten
Drehzapfen herum angetrieben werden, ohne einen direkt mit dem angelenkten
Trägerelement
verbundenen Antrieb vorzusehen.
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Bei
einer weiteren Form umfasst der Schneidkopf beabstandete Endabschnitte,
wobei das Fräswerkzeug
in einem Endabschnitt getragen ist. Die X- und Y-Antriebe umfassen
Kugelumlaufspindel-Linearantriebe mit einer Kugelmutter, die an
einer Spindel angebracht ist, wobei eine jede Mutter schwenkbar
mit dem Schneidkopf an dem anderen Endabschnitt des Frässchlittens
angebracht ist. Es wird ein Antriebesaufbau bereitgestellt, der
bewirkt, dass jede Kugel ihre entsprechende Spindel quert und dadurch
das Trägerelement
um den zweiten Drehzapfen herum und den Schneidkopf um den ersten
Drehzapfen herum verschwenkt.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine seitliche Aufrissansicht
der Kurbelwellenbearbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der eine von dem Paar Fräseinheiten
der Vorrichtung entfernt wurde, um die andere von dem Paar Fräseinheiten
der Vorrichtung deutlicher zu veranschaulichen;
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2 ist eine vordere Aufrissansicht
der Kurbelwellenbearbeitungsvorrichtung von 1, die die beiden Fräseinheiten der Vorrichtung
veranschaulicht.
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3 ist eine perspektivische
schematische Ansicht der Kurbelwellenfräsvorrichtung von 1, wobei Abschnitte davon
entfernt wurden, um das Anbringen der schwenkbaren Fräseinheiten
an einem schrägen
hinteren Bettabschnitt der Vorrichtung deutlicher zu veranschaulichen;
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4 ist eine schematische
Ansicht der Fräseinheit,
die ein Fräswerkzeug,
durch das sich eine Kurbelwelle erstreckt, in der Ausgangsstellung zeigt;
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5 ist eine schematische
Ansicht ähnlich wie 4, wobei sich das Fräswerkzeug
in der Einstechstellung befindet;
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6 ist eine schematische
Ansicht ähnlich wie 4, wobei das Fräswerkzeug
90° um die
Kurbelwelle herum rotiert ist;
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7 ist eine schematische
Ansicht ähnlich wie 4, wobei das Fräswerkzeug
um 180° von
der Einstechstellung um die Kurbelwelle herum rotiert ist;
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8 ist eine schematische
Ansicht ähnlich wie 4, wobei das Fräswerkzeug
um 270° von
der Einstechstellung um die Kurbelwelle herum rotiert ist;
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9 ist eine schematische
Ansicht ähnlich wie 4, wobei das Fräswerkzeug
um 360° von und
zurück
zu der Einstechstellung um die Kurbelwelle herum rotiert ist;
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10 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht
des in dem Schneidkopf angebrachten Fräswerkzeuges.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 veranschaulicht eine Kurbelwellenfräsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Kurbelwellenfräsvorrichtung 10 umfasst ein
Innenfräswerkzeug 12,
das an einer im Allgemeinen mit 14 bezeichneten Fräseinheit
getragen ist. Die Kurbelwellenfräsvorrichtung 10 umfasst
vorzugsweise zwei spiegelbildliche Fräseinheiten 14 und 14', wie in 2 veranschaulicht, so dass
mehrere Kurbelzapfen oder Hauptstücke gleichzeitig bearbeitet werden
können.
Da die Fräseinheiten 14 und 14' spiegelbildlich
sind, wird hier nur die Fräseinheit 14 beschrieben.
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Die
Kurbelwellenfräsvorrichtung 10 der
vorliegenden Erfindung umfasst ein Bett 16 mit einer Vorderseite
und einer Rückseite 18 bzw. 20.
An der Rückseite 20 des
Bettes 16 wird ein schräger
oder abgewinkelter Ab schnitt 22 bereitgestellt. Die Fräseinheit 14 ist
schwenkbar an dem hinteren schrägen Abschnitt 22 angebracht,
so dass sie sich von der Rückseite 20 des
Bettes 16 zu der Vorderseite 18 erstreckt, wobei
das Innenfräswerkzeug 12 über die Vorderseite 18 vorsteht.
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Die
Vorderseite 18 des Bettes ist mit einem horizontalen flachen
Abschnitt 24 versehen, an dem ein bewegbarer Spindelstock 26 und
Reitstock 28 angebracht sind, die eine Kurbelwelle 30 über dem
flachen Bettabschnitt 24 halten, wie in den 2 und 3 gezeigt. Somit ist das Fräswerkzeug 12 leicht
für einen
Arbeiter zugänglich,
ohne dass dieser in die Kurbelwellenfräsvorrichtung 10 klettern
muss, wie bei der zuvor beschriebenen angelenkten Fräseinheit, da
die Vorderseite 18 des Bettes 16 vollständig offen ist.
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Um
die Fräseinheit 14 zu
verschwenken, sind X- und Y-Antriebe 32 und 34 bereitgestellt.
Beide Antriebe 32 und 34 sind an der Rückseite 20 des
Bettes 16 schwenkbar mit der Fräseinheit 14 verbunden und
wirken zusammen, um zu bewirken, dass sich die Fräseinheit
verschwenkt und um letztlich die Umlaufbewegung des Fräswerkzeuges 12 zum
Fräsen der
Kurbelwelle 30 zu bewirken. Durch das Verschwenken der
Fräseinheit 14 werden
Führungsbahnen
oder Schlitten wie bei den Fräseinheiten
nach dem Stand der Technik, die das Umlauffräsen bewirken, vermieden. Wie
zuvor erwähnt,
neigen solche Schlitten dazu, im Laufe der Zeit zu verschleißen, da sie
recht große
Lasten tragen und möglicherweise Spänen ausgesetzt
sein können,
die während
der Bearbeitung einer Kurbelwelle entstehen. Durch die Bereitstellung
des schrägen
Abschnitts 22, der die Fräseinheit 14, die durch
die X- und Y-Antriebe 32 und 34 angelenkt ist,
trägt,
wird die Verwendung von Schlitten zum Verschwenken der Fräseinheit 14 vermieden,
während
noch immer ein einfacher Zugang zu der Vorderseite der Vorrichtung 10 zu
ihrer Wartung erlaubt wird.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 – 3 wird die Kurbelwellenfräsvorrichtung 10 der
vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben. Obwohl die Vorrichtung 10 der
vorliegenden Erfindung in der Lage ist, mehrere Hauptstücke durch
Fräsen
mit Satzfräsern gleichzeitig
zu bearbeiten, konzentriert sich die Beschreibung hierin auf das
Fräsen
eines Zapfens durch die Fräseinheit 14.
Um die Kurbelwelle 30 zwischen dem Spindelstock 26 und
dem Reitstock 28 anzubringen, kann ein brückenförmiger Toplader (nicht
gezeigt) wie im Stand der Technik bekannt verwendet werden. Der
Toplader positioniert die Kurbelwelle 30 zwischen die Stöcke 26 und 28,
so dass die Kurbelwelle 30 durch Spannvorrichtungen 36 und 38 in
einer stationären
Stellung gehalten werden kann. Obwohl der Spindelstock 26 stationär und der
Reitstock 28 nachführbar
sein kann, bewegen sich beide translatorisch, vorzugsweise auf Schlitten,
wobei ihre Bewegung programmierbar ist, um die Stillstandszeit während eines
Kurbelwellenaustausches zu verringern. Um die Stöcke 26 und 28 und
den Setzstock 40 zu bewegen, können Servomotoren verwendet
werden. Wie in 1 zu
sehen, treibt der Servomotor 42 den Reitstock 28 auf
Schlitten 44 und 46 in jede beliebige Stellung
entlang der Vorderseite 18 des Bettes 16 an, während der
Reitstock 28 durch hydraulische Klemmen 47 und 49 auf
den Schlitten 44 und 46 niedergeklemmt ist.
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Nachdem
die Kurbelwelle 30 aufgespannt ist, kann ein Setzstock 40 auf
einem Hauptstück
neben einem zu fräsenden
Zapfen positioniert werden, um die Kurbelwelle 30 an drei
Punkten zu fixieren. Der Setzstock 40 stellt für die Kurbelwelle 30 eine verbesserte
Festigkeit bereit, indem er Kräften,
die während
des Fräsvorganges
erzeugt werden und dazu neigen, die Kurbelwelle 30 zu durchbiegen,
widersteht. Der Setzstock 40 wird, ähnlich wie der Reitstock 28,
durch einen Servomotor 48 entlang von Schlitten 51 an
dem Bett in eine beliebige axiale Stellung entlang der Länge der
Kurbelwelle 30 angetrieben, bevor er in Stellung geklemmt
wird.
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Wenn
nicht gerade eine Kurbelwelle gefräst wird, befindet sich die
Fräseinheit 14 in
einer zurückgezogenen
Stellung über
ihrer jeweiligen Spindelstock- oder Reitstockspannvorrichtung 36 oder 38, um
das Laden / Entladen der Kurbelwelle zu erlauben. Um den Kurbelwellenfräsvorgang
zu beginnen, kann die Fräseinheit 14 von
ihrer zurückgezogenen geparkten
Stellung entlang der Achse der Kurbelwelle 30 in die richtige
Arbeitsstellung entlang der Achse, wo das Fräsen stattfinden soll, bewegt
werden. Um die Fräseinheit 14 zu
bewegen, nachdem die Kurbelwelle 30 eingespannt wurde,
wird ein Gleitschlitten 50, der an dem hinteren schrägen Abschnitt 22 des Bettes
angebracht ist, und an dem die Fräseinheit 14 angebracht
ist, bereitgestellt. Der Gleitschlitten 50 umfasst einen
vertikalen Abschnitt 51, an dem die X- und Y-Antriebe, 32 und 34,
getragen werden. Der Gleitschlitten 50 wird durch einen
Servomotor 52 auf den an dem schrägen Abschnitt 22 des
Bettes angebrachten Schlitten 54 und 56 angetrieben.
Somit steuert der Servomotor 52 die Stellung der Fräseinheit 14 entlang
der axialen Länge
der Kurbelwelle 30. Ähnlich
wie der Spindelstock 26, der Reitstock 28 und
der Setzstock 40, kann der Gleitschlitten 50 durch
hydraulische Klemmen 57 auf die Schlitten 54 und 56 hinunter
geklemmt werden, sobald er richtig positioniert ist.
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Es
wird bewirkt, dass die Fräseinheit 14 eine Umlaufbewegung
erfährt,
wenn die X- und Y-Antriebe 32 und 34 aktiviert
sind. Dazu ist jeder von den Fräsköpfen 58,
wie am besten in 3 zu
sehen, ein starkes, plattenförmiges
Element, das an einem angelenkten Verbindungs- oder Trägerelement 84 an seinem
zentralen Mittelabschnitt 61 schwenkbar angebracht ist,
und dessen rückwärtiges Ende
an Zapfenkugellagern 72 und 74 mit den entsprechenden
X- und Y-Antrieben 32 und 34 schwenkbar verbunden ist.
Um eine solche Umlaufbewegung zu erreichen, besteht die Fräseinheit 14 aus
einem Schneidkopf 58 mit einem ersten vorderen Ende 60,
in dem das rotierende Schneidwerkzeug 12 zur Rotation angebracht ist
(10), wobei das vordere
Ende 60 über
die vordere Seite 18 des Bettes 16, und ein zweites
hinteres Ende 62 über
den schrägen
Abschnitt 22 des Bettes 16, mit dem die X- und
Y-Antriebe 32 und 34 schwenkbar verbunden sind,
vorsteht. Insbesondere sind in das hintere Ende 62 des
Schneidkopfes 58 Durchgänge 64 und 66 gefräst, die
Kugeln aufnehmen. Die X- und Y-Antriebe 32 und 34 können ein X-Kugelumlaufspindelantrieb 68 bzw.
ein Y-Kugelumlaufspindelantrieb 70 sein. Die X- und Y-Kugelumlaufspindelantriebe 68 und 70 umfassen
jeweils Kugelmutterlagern 72 und 74, die zum Hin-
und Herbewegen an entsprechenden Spindeln 76 und 78 angebracht
sind. Die Kugelmuttern 72 und 74 sind mit dem hinteren
Ende 62 des Schneidkopfes 58 in entsprechenden
Lager- und Durchgangsanordnungen 64 und 66 mit
Durchmessern von ca. 8 Inch schwenkbar über Drehzapfen verbunden. Der
Durchgang 64 ist über
dem Durchgang 66 an dem hinteren Ende 62 des Schneidkopfes 58 angeordnet.
Umsteuerbare Servomotoren 80 und 82 sind direkt
mit ihren jeweiligen Spindeln 76 und 78 zu deren
Rotation gekoppelt, so dass sich die Motoren 80 und 82 entlang
der Achsen der Spindeln 76 und 78 erstrecken,
ohne davon vorzukragen.
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Das
angelenkte Verbindungs- oder Trägerelement 84 ist
schwenkbar mit dem Gleitschlitten 50 und dem Schneidkopf 58 verbunden.
Das Trägerelement 84 weist
ein oberes Ende 86 und ein unteres Ende 88 auf.
Eine große,
starke obere Lager- und Wellenanordnung 90 mit 22,86 cm
(9 Inch) Durchmesser und ca. 60,96 cm (zwei Fuß) Länge (im Folgenden „Drehzapfen 90") verbindet
das obere Ende 86 des Trägerelements 84 schwenkbar
mit dem Schneidkopf 58, während eine untere Lager- und Wellenanordnung 92 mit
22,86 cm (9 Inch) Durchmesser und ca. 91,44 cm (drei Fuß) Länge (im
Folgenden „Drehzapfen 92") das untere
Ende 88 des Trägerelements 84 mit
dem Gleitschlitten 50 schwenkbar verbindet. Die oben beschriebenen
Lager können
durch eine 0,0127 mm (0,0005 Inch) Presspas sung vorgespannt werden,
während
sie durch Schmierköpfe
abgedichtet und geschmiert werden, und sorgen somit für die reibungslose
Bewegung der Antriebe 32 und 34, während sie
für ein hoch
genaues Umlauffräsen
fest gehalten werden, im Gegensatz zu Vorrichtungen, die Schlitten
verwenden, um eine Umlaufbewegung zu erzeugen, da sich der Zustand
der Schlitten unter den hohen stampfenden Kräften verschlechtert und sie
rasch ihre Toleranzen verlieren, wie zuvor beschrieben. Somit bewirkt der
Betrieb der Servomotoren 80 und 82, dass sich der
Schneidkopf 60 und das Trägerelement 84 reibungslos
um ihre jeweiligen Drehpunkte herum verschwenken, wobei die Resultierende
dieser Bewegungen die Umlaufbewegung des Fräswerkzeuges 12 relativ
zu der Kurbelwelle 30 bewirkt.
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Die
Umlaufbewegung besitzt X (horizontale) und Y (vertikale) Bewegungskomponenten.
Im Allgemeinen erzeugt der X-Antrieb 32 die X-Komponente der
Umlaufbewegung des Fräswerkzeuges 12 entweder
durch Ziehen oder Drücken
am Schneidkopf 58 an seinem oberen hinteren Ende, wobei
bewirkt wird, dass sich das Trägerelement 84 um
den unteren Drehzapfen 92 und die Fräseinheit 14 herum
verschwenkt und sich das Fräswerkzeug 12 daher
im Allgemeinen horizontal bewegt. In gleicher Weise erzeugt der
Y-Antrieb 34 im Allgemeinen die Y-Komponente der Umlaufbewegung
des Fräswerkzeuges entweder
durch Ziehen oder Drücken
am Schneidkopf 58, um das Trägerelement 84 an seinem
oberen Drehzapfen 90 herum zu verschwenken und deshalb das
Fräswerkzeug 12 im
Allgemeinen vertikal zu bewegen. Selbstverständlich ist auf Grund der Konfiguration
der Fräseinheit 14 und
der Antriebe 32 und 34 deshalb weder die X- noch
die Y-Bewegung vollkommen unabhängig
voneinander, da der Betrieb des X-Antriebes 32 allein etwas
Bewegung in Y-Richtung und somit eine Bewegung der Kugelmutter an
der Spindel des Y-Antriebes 34 bewirken kann und in ähnlicher
Weise kann der Betrieb des Y-Antriebes 34 allein etwas
Bewegung in der X-Richtung in dem Fräswerkzeug 12 und so mit
eine Bewegung der Kugelmutter an der Spindel des X-Antriebes 32 bewirken.
Als solches wird die präzise
Koordination des Betriebes der X- und
Y-Antriebe 32 und 34 zum Erreichen der Umlaufbewegung
durch eine Steuerung (nicht gezeigt) bewirkt, die so programmiert
werden kann, dass sie die Bewegungen zwischen den beiden Antrieben
für ein
präzise
Bearbeitung kontinuierlich interpoliert.
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Um
den Betrieb der Fräsvorrichtung 10 und die
Umlaufbewegung des Innenfräswerkzeuges 12 im
Speziellen zu beschreiben, wird auf die 4 bis 9 Bezug
genommen, die das Fräsen
des 360° Umfanges
eines Zapfens veranschaulichen. 4 veranschaulicht
eine Ausgangsstellung, wobei die X- und Y-Antriebe 32 und 34 den
Schneidkopf 58 derart anordnen, dass die Kurbelwelle 30 in
dem Innenfräswerkzeug 12 zentriert
ist. In dieser Stellung erstrecken sich die Spindeln 76 und 78 rechtwinklig
zueinander. Wie zu erkennen sein wird, ändert sich der Winkel zwischen
den Spindeln 76 und 78 als Resultat der synchronisierten
Bewegung der X- und
Y-Antriebe 32 und 34 konstant und bewirkt die
unten beschriebenen Umlaufbewegung des Fräswerkzeuges 12. Die
Antriebe 32 und 34 sind jeweils an dem Rahmenabschnitt 51 des
Schlittens für
eine Schwenkbewegung durch rotierbare Lager und Drehzapfen 89 und 91 angebracht,
die es den Antriebesmotoren 80 und 82 erlauben,
relativ zu dem Rahmenabschnitt 51 zu verschwenken. Die
Spindeln 76 und 78 umfassen jeweils Abschnitte 94 bzw. 96,
die sich von dem Punkt, an dem sich die Spindeln 76 und 78 an
Querlagerhülsen 95 kreuzen,
in Richtung des Schneidkopfes 58 weg erstrecken, über dem
sich die Muttern 72 und 74 hin und her bewegen
können.
In der Ausgangsstellung befinden sich die Muttern 72 und 74 in einer
Zwischenstellung entlang der X- bzw. Y-Spindelabschnitte 94 und 96.
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Um
den Fräsvorgang
zu beginnen, wird ein Rotationsvorschubmotor 98 für das Fräswerkzeug 12 in
Betrieb gesetzt, um eine Drehbewegung des Fräswerkzeuges 12 zu
erzeugen, worauf ein Einstechen erfolgen kann. Um das Einstechen
durchzuführen, wird
bewirkt, dass sich das Fräswerkzeug 12 nach oben
in die vertikale Y-Richtung bewegt, wobei der Schneidkopf 58 um
den oberen Drehzapfen 90 des Trägerelements 84 herum
verschwenkt und das Trägerelement 84 leicht
um seinen unteren Drehzapfen 92, herum nach links gegen
den Uhrzeigersinn verschwenkt, wie in 5 zu
sehen. Um eine solche Bewegung durchzuführen, werden die Antriebe 80 und 82 aktiviert,
so dass bewirkt wird, dass die Kugelmutter 74 die Spindel 78 in
Richtung des Endes des Spindelabschnitts 96 quert, während die
Kugelmutter 72 den Spindelabschnitt 94 in Richtung
des Punktes quert, an dem sich die Spindeln 76 und 78 kreuzen.
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Danach
bewegt sich das Fräswerkzeug 12 durch
seine Umlaufbahn. Die 6 bis 9 veranschaulichen die Stellung
des Fräswerkzeuges 12 in Intervallen
zu 90° in
seiner Umlaufbewegung um den gerade bearbeiteten Zapfen herum. Somit
ist das Fräswerkzeug 12,
wie in 6 veranschaulicht,
von der Einstechstellung wie in 5 zu
sehen um 90° rotiert.
An der 90°-Stellung
ist das Trägerelement 84 im
Uhrzeigersinn um den unteren Drehzapfen 92 herum verschwenkt,
um das Fräswerkzeug 12 in
der X-Richtung nach rechts zu bewegen. Die Antriebe 80 und 82 bewirken,
dass sich die Kugelmuttern 72 und 74 in Richtung
des Punktes bewegen, an dem sich die Spindeln 76 und 78 kreuzen.
Auf diese Weise verschwenkt nicht nur das Trägerelement um den unteren Drehzapfen 92 herum,
um das Fräswerkzeug 12 in
der horizontalen X-Richtung der Bewegung nach rechts zu bewegen,
sondern der Schneidkopf 58 verschwenkt auch um den oberen
Drehzapfen 90 herum, um das Fräswerkzeug 12 auch
in der Y-Richtung nach unten zu bewegen, wodurch für das Fräswerkzeug 12 eine
bogenförmige
Bewegungsbahn im Uhrzeigersinn aus der Stellung von 5 in die Stellung von 6 erzeugt wird.
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7 veranschaulicht das Fräswerkzeug 12,
das von der Stellung in 6 um
90°, und
von der Ausgangsstellung von 5 um
180° rotiert
ist, so dass das Fräswerkzeug 12 gleichzeitig
in einer vertikalen Richtung nach unten und horizontal nach links
in einer bogenförmigen
Bahn gegen den Uhrzeigersinn bewegt wird. Um eine solche Bewegung
zu bewirken, bewirkt der Kugelantrieb 80, dass sich die Mutter 72 nach
außen
entlang des Spindelabschnitts 94 in Richtung seines Endes
bewegt, während
der Antrieb 82 die Spindel 78 rotieren kann und
bewirkt wird, dass sich die Kugelmutter 74 entlang des
Spindelabschnitts 96 in Richtung des Kreuzungspunktes der
Spindeln 76 und 78 bewegt. Auf diese Weise wird das
Trägerelement 84 um
den unteren Drehzapfen 92 herum gegen den Uhrzeigersinn
in eine Stellung verschwenkt, die mit seiner Stellung in der Ausgangsstellung
(4) ausgerichtet ist,
um die X-Richtungskomponente der Bewegung des Fräswerkzeuges 12 zu
bewirken, während
bewirkt wird, dass der Schneidkopf 58 um den oberen Drehzapfen 90 herum
rotiert, um die Abwärtsbewegung
in der Y-Richtung zu bewirken.
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8 veranschaulicht das Fräswerkzeug 12,
das von der Stellung von 7 um
90° und
von der Stellung des ursprünglichen
Einstechens in 5 um
270° bewegt
ist. Um die Umlaufbewegung des Fräswerkzeuges 12 zu
bewirken, bewirken die Kugelumlaufspindelantriebe 80 und 82,
dass sich ihre jeweiligen Kugelmuttern 72 und 74 entlang
der Spindelabschnitte 94 und 96 in Richtung deren
Enden bewegen, wodurch das Trägerelement 84 veranlasst
wird, um den unteren Zapfen 92 herum gegen den Uhrzeigersinn
zu verschwenken, um die Fräseinheit 14 mit
einer X-Richtungskomponente der Bewegung zu versehen und zu bewirken,
dass der Schneidkopf 58 um den oberen Zapfen 90 herum verschwenkt,
um das Fräswerkzeug 12 in
der Y-Richtung nach oben zu bewegen. Dies bewirkt, dass sich das
Fräswerkzeug 12 in
seiner Umlaufbewegung in einer bogen förmigen Bahn gegen den Uhrzeigersinn von
der Stellung in 7 in
die Stellung in 8 bewegt.
Schließlich
ist 9 ähnlich wie 5 und veranschaulicht das
Fräswerkzeug,
das seine Umlaufbewegung abgeschlossen hat und sich in einem 90°-Intervall
von der Stellung in 8 und
um 360° von
der ursprünglichen
Einstechstellung, und demgemäß zurück in diese
Stellung bewegt hat, wobei der X-Antrieb 80 bewirkt, dass
sich die Kugelmutter 72 entlang des Spindelabschnitts 94 in
Richtung des Kreuzungspunktes der Spindeln bewegt, und der Y-Kugelumlaufspindelantrieb 82 bewirkt,
dass sich die Mutter 74 entlang des Spindelabschnitts 96 in Richtung
seines Endes bewegt. Somit bewirkt der X-Antrieb 80, dass
das Trägerelement 84 im
Uhrzeigersinn verschwenkt, wobei das Fräswerkzeug 12 in der
X-Richtung nach rechts bewegt wird, während der Y-Kugelumlaufspindelantrieb 82 bewirkt,
dass der Schneidkopf 58 um den oberen Zapfen 90 herum verschwenkt
und damit eine Aufwärtsbewegung
in der Y-Richtung bewirkt. Die Resultierende der obigen X- und Y-Bewegungen
bewirkt, dass sich das Fräswerkzeug 12 in
einer bogenförmigen
Bahn im Uhrzeigersinn von der Stellung in 8 in die Stellung in 9 bewegt.
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Wie
zuvor erwähnt,
wird die von den X- und Y-Antrieben 32 und 34 an
die Fräseinheit 14 erteilte Umlaufbewegung
von der Steuerung für
die Antriebe 80 und 82 gesteuert, um die richtige
Bewegung der Kugelmuttern 72 und 74 in Bezug zueinander
zu synchronisieren. Die Steuerung kann auch die Antriebe 80 und 82 koordinieren,
um einen Antrieb während eines
Bearbeitungsvorganges anzuhalten, da die beiden Antriebe 32 und 34 nicht
gleichzeitig rotieren müssen,
insbesondere, wenn das Fräswerkzeug 12 von
einem Bewegungsquadranten zu einem weiteren schreitet, d. h., bei
den zuvor beschriebenen 90°-Intervallen,
da genau bei diesen Intervallen wenig Bewegung in einer der X- und
Y-Richtungen vorhanden sein wird, so dass sich nur einer der X-
und Y-Antriebe bewegen muss und der andere angehalten sein wird.
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Die
vorstehend beschriebene Vorrichtung 10 stellt die hoch
genaue Bearbeitung von Kurbelwellen ohne die Verwendung von Schlitten
zum Beeinflussen der Umlaufbewegung der Fräseinheit 14 bereit. Darüber hinaus
stellt die Vorrichtung 10 eine schwenkbare Fräseinheit 14 bereit,
die das Fräswerkzeug 12 trägt und an
einem hinteren schrägen Abschnitt 22 des
Bettes 16 befestigt ist und sich hiervon zu der vorderen
ebenen Seite 18 des Bettes 16 erstreckt, wobei
das Fräswerkzeug 12 über die
offene Vorderseite 18 steht und die Kurbelwelle 30 umgibt
und somit dadurch eine ergonomischere Vorrichtung schafft, dass
die Vorderseite 18 und damit das Fräswerkzeug 12 und die
zugehörigen
Kurbelwellenträger
zum Warten und Reparieren von verschlissenen Fräswerkzeugen 12 und
zum Austausch dieser sowie von Spann- und Setzstockbacken für Kurbelwellen
mit unterschiedlichen Durchmessern leicht zugänglich ist.
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Während die
Erfindung unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben wurde, die die besten dem Erfinder bekannten Arten darstellen,
ist einzusehen, dass verschiedene Änderungen und Abwandlungen
gemacht werden können,
ohne von der Erfindung abzuweichen, die in den hierzu angefügten Ansprüchen dargelegt
werden soll.